Synthese und Charakterisierung von Nanostrukturen aus Wolfram- und Molybdänoxiden auf Silizium

Abstract

Es ist heutzutage notwendiger denn je, Prozesse in der Industrie, Umwelt oder im Alltag genau zu verfolgen. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Kontrolle der Gasatmosphäre.<br />Die dazu eingesetzten Gassensoren bestehen aus einem beheizten keramischen Material, auf dem ein Metalloxid zwischen zwei Elektroden aufgebracht ist. Falls das Oxid in Kontakt mit einem Gas kommt, diffundiert dieses in die Schicht und ändert somit die elektrische Leitfähigkeit. Die bis jetzt erhältlichen Gassensoren haben jedoch einige Nachteile. Sie sind oft zu unspezifisch, sie altern oder haben eine zu hohe Nachweisgrenze. Daher sind die Anstrengungen entsprechend groß, den Stand der Technik bei Gassensoren zu verbessern.<br />Dies kann über verschiedene Ansätze geschehen. In dieser Arbeit wurde versucht, Molybdän- und Wolframoxid in nanokristalliner Form herzustellen und auf Siliziumplättchen abzuscheiden. Diese könnten dann in weiterer Folge als neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften in Gassensoren eingesetzt werden. Die Verbesserung der Sensitivität soll über eine Vergrößerung der Oberfläche erreicht werden. Bei einer größeren Oberfläche können mehr Gasteilchen mit dem Sensor in Kontakt treten, es kommt dadurch schneller zu einem Signal. Die Verbesserung der Selektivität soll über die Anpassung des Sensormaterials an sich erfolgen, da unterschiedliche Materialien auf verschiedene Gase jeweils anders reagieren. Molybdän und Wolfram bilden beide flüchtige Oxide und besitzen die Eigenschaft H2, H2S, CH4, NO2, NH3 oder CO zu detektieren.<br />Es wird die Herstellung von WO3-Nanostrukturen über chemische Transportreaktionen untersucht und diskutiert. Molybdänoxid konnte in Form von länglichen Kristallen mit rechteckigem Querschnitt, sogenannten Nanobelts, hergestellt werden. Wolframoxid wurde hingegen in Form von länglichen Kristallen mit rundem Querschnitt,sogenannten Nanowires, abgeschieden. Eine Modifikation durch Dotierung von Molybdänoxid mit Chrom und Wolfram bzw. eine Mischoxidbildung von Molybdän- und Wolframoxid waren nicht erfolgreich. Darüberhinaus wurde eine erfolgreiche Funktionalisierung der MoO3-Nanobelts mit Wolframoxid-Nanowires durchgeführt.<br />

Today there is a great interest in controlling processes in industry, environment or everyday live. Especially the knowledge of the surrounding gas atmosphere is important. The most common gas sensors are metal oxide gas sensors. The fundamental sensing mechanism relies on a change in electrical conductivity due to a reaction of the gas species with the surface of the metal oxide. Often these sensors are not specific enough, the signal is not stable over a long period of time and they are not sensitive enough. These problems cause great efforts to improve existing gas sensing systems. In this work the synthesis of molybdenum- and tungsten oxide nanostructures on silicon-wafers is discussed. These nanostructures should have an improved sensor performance. Due to the huge surface gas molecules can easier interact more easily with the metal oxide and sensitivity is increased. Selectivity should be improved by the modification of the metal oxide. The synthesis of tungsten oxide nanowires is carried out by chemical transport reactions. Molybdenum oxide nanobelts are synthesised by a chemical vapour deposition. A doping of molybdenum oxide with chromium and tungsten and a functionalisation with tungsten oxide has been carried out. With molybdenum- and tungsten oxide H2, H2S, CH4, NH3 and CO could be detected.<br />